Výpočet tepelných bilancí

Prezentace na téma: "Výpočet tepelných bilancí"— Transkript prezentace:

1 Výpočet tepelných bilancí
prof.Ing.Karel Kabele, CSc., Katedra TZB Fakulta Stavební, ČVUT v Praze 1

2 Potřeba tepla na vytápění (MWh/rok)
Tepelná bilance Potřeba tepla na vytápění (MWh/rok) Tepelná ztráta (kW) Denostupně (K/den) Otopné období (den) Průměrná venkovní teplota v otopném období (K) Opravný součinitel Výpočtová venkovní teplota (K) Průměrná vnitřní výpočtová teplota (K)

3 Tepelná bilance Opravný součinitel Snížení výkonu během dne/noci
Nesoučasnost ztráty prostupem a větráním Zkrácení vytápění během týdne Vliv regulace soustavy Účinnost rozvodů ε 1.0 nepřetržité vytápění 0.8 stavby lehké, stavby střední s otop. přestávkami o nedělích a svátcích 0.9 stavby zcela lehké s častými a delšími otopnými přestávkami 0.75 stavby střední s krátkými otopnými přestávkami, stavby těžké bez otopných přestávek 0.6 těžké kamenné stavby, příležitostně vytápěné 0.65 stavby těžké, s kratšími otopnými přestávkami

4 Potřeba tepla na přípravu teplé vody (kWh)
Tepelná bilance Potřeba tepla na přípravu teplé vody (kWh) Potřeba teplé vody (m3/den) Koeficient ztrát Teplá voda 55°C Studená voda 10°C Denní potřeba tepla na přípravu TV (kWh)

5 Tepelná bilance Potřeba tepla na přípravu teplé vody (MWh/rok)
:45-9:30 Kurz TZB Metrostav - CVUT Tepelná bilance Potřeba tepla na přípravu teplé vody (MWh/rok) Teplota vody v létě (°C) Délka topného období (dny) Teplota vody v zimě (°C) Pracovní dny OS (dny) prof.Kabele

6 Norma popisuje výpočet návrhového tepelného výkonu pro:
ČSN EN Použití Norma popisuje výpočet návrhového tepelného výkonu pro: vytápěný prostor pro dimenzování otopných ploch budovu nebo část budovy pro dimenzování tepelného výkonu Výpočet pro standardní případy - výška místností do 5 m, vytápění do ustáleného stavu. x zvláštní případy: budovy s vysokou výškou stropu nebo rozdílnou teplotou

7 ČSN EN 12831 – Postup výpočtu a) Stanovení základních údajů
- výpočtové venkovní teploty - průměrné roční venkovní teploty b) Určení každého prostoru budovy: vytápěný (teplota), nevytápěný c) Stanovení: rozměrových vlastností a tepelných vlastností všech stavebních částí pro každý vytápěný a nevytápěný prostor d) Výpočet návrhových tepelných ztrát prostupem: (návrhový součinitel tepelné ztráty prostupem x návrhový rozdíl teplot) e) Výpočet návrhových tepelných ztrát větráním: (návrhový součinitel tepelné ztráty větráním x návrhový rozdíl teplot) f) Výpočet celkové tepelné ztráty: (návrhová tepelná ztráta prostupem + návrhová tepelná ztráta větráním ) g) Výpočet zátopového výkonu: (dodatečný výkon potřebný pro vyrovnání účinků přerušovaného vytápění) h) Výpočet návrhového celkového tepelného výkonu: (celkové návrhové tepelné ztráty + zátopový výkon)

8 ČSN EN – Veličiny Nové značky starých veličin: θ …teplota (°C) [théta] Φ…tepelná ztráta, výkon (W) [velké fí] Nové veličiny: H…součinitel tepelné ztráty (W/K) ψ…lineární součinitel prostupu tepla (W/m.K) Q…množství tepla (J)

9 ČSN EN Veličiny Výsledná teplota Θo = aritmetický průměr teploty vnitřního vzduchu a průměrné teploty sálání. Výpočtová vnitřní teplota Θint = výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru Předpokládá se, že za běžných podmínek jsou obě teploty sobě rovné.

10 ČSN EN 12831 Klimatické údaje (NA)
NA = národní příloha Začátek a konec otopné sezóny

11 ČSN EN 12831 Výpočtová vnitřní teplota (NA)
Výpočtová vnitřní teplota θint,i = výsledná teplota ve středu prostoru ve výšce 0,6 - 1,6m Vyplývá z požadavku na zajištění tepelné pohody.

12 ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát
Celková návrhová tepelná ztráta (W) i = T,i + V,i T,i ….. návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i ….. návrhová tepelná ztráta větráním

13 H…součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy:
ČSN EN Prostup tepla H…součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int…..vnitřní prostor i……..vytápěný prostor e…….vnější, venkovní u…….nevytápěný prostor g…….zemina, půda j……...vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu)

14 ČSN EN 12831 Prostup do exteriéru
stavební část lineární tepelný most A…plocha (m2) U…součinitel prostupu tepla (W/m2.K) e…korekční činitel vystavení povětrnosti (pokud vlivy nebyly uvažovány při výpočtu U (W/m2.K) EN ISO 6946)

15 ČSN EN 12831 Prostup do exteriéru
stavební část lineární tepelný most ψ…součinitel lineárního tepelného mostu (W/m.K) → ČSN EN ISO zjednodušeně → ČSN EN ISO podrobný výpočet I…délka lineárního mostu (m) e…korekční činitel vystavení povětrnosti

16 Tepelné mosty ? ČSN EN ISO 14683

17 Příklad tepelného mostu
Nároží C1 Nároží C2 i...interní, oi…celkové vnitřní, e…externí ČSN EN ISO 14683

18 ČSN EN 12831 Prostup do nevytápěného prostoru
bu…redukční činitel (-) při známé θ: jinak:

19 ČSN EN 12831 Prostup do zeminy
Korekční činitele: fg1…vliv ročních změn teploty fg2…vliv průměrné a venkovní výpočtové teploty Gw…vliv spodní vody (při vzdálenosti < 1m) Uequiv,k…ekvivalentní součinitel prostupu tepla – stanovený dle typu podlahy

20 ČSN EN 12831 Prostup do zeminy
Uequiv,k - určí se v závislosti na U stavební části a charakteristickém parametru B´ (ČSN EN ISO 13370) Ag…plocha podlahové konstrukce (m2) P….obvod podlahové konstrukce (m)

21 ČSN EN 12831 Prostup do zeminy
Uequiv, bf B´ a betonová podlaha (tepelně neizolovaná) b B´ hodnota (m)

22 ČSN EN 12831 Prostup do zeminy
Uequiv, bf B´ a betonová podlaha (tepelně neizolovaná) b B´ hodnota (m)

23 ČSN EN 12831 Prostup do zeminy
Uequiv, bw U (W/m2.K) a U hodnota stěn (W/m2K)

24 ČSN EN 12831 Prostup do/z vytápěného prostoru
A…(m2) U…(W/m2.K) fij…redukční teplotní činitel

25 ČSN EN 12831 Prostup tepla celkem
H…součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int…..vnitřní prostor i……..vytápěný prostor e…….vnější, venkovní u…….nevytápěný prostor g…….zemina, půda j……...vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu)

26 H…součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K)
ČSN EN Ztráta větráním H…součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi…výměna vzduchu (m3/s)

27 Vinf Vmin Vsu Vex Vmech,inf

28 ČSN EN 12831 Ztráta větráním Přirozené větrání Nucené větrání
inf…infiltrace min…hygienické minimum su…přiváděný vzduch mech,inf…nuceně odváděný - přiváděný vzduch fvi…teplotní redukční součinitel

29 ČSN EN 12831 Infiltrace obvodovým pláštěm
n50…intenzita výměny vzduchu za hodinu při rozdílu tlaků 50 Pa 2…n50 je pro celou budovu tzn. nejhorší případ je vstup vzduchu pouze z jedné strany ei…stínící činitel (stínění prostoru zástavbou) εi…výškový korekční činitel (vliv výškového umístění středu prostoru)

30 ČSN EN 12831 Infiltrace obvodovým pláštěm
Stavba n50 Stupeň těsnosti obvodového pláště budovy (kvalita těsnění oken) vysoká střední nízká Rodinný dům s jedním bytem < 4 4 až 10 > 10 Jiné bytové domy nebo budovy < 2 2 až 5 > 5 Výška vytápěného prostoru nad úrovní země  0 – 10 m 1,0 > 10 – 30 m 1,2 > 30 m 1,5

31 Vmin…hygienické množství
ČSN EN Větrací vzduch Vmin…hygienické množství Druh místnosti nmin (h-1) Obytná místnost (základní) 0,5 Kuchyně nebo koupelna s oknem 1,5 Kancelář 1,0 Zasedací místnost, školní třída 2,0

32 Vsui…množství přiváděného vzduchu (m3/h) (stanoví projektant VZD)
ČSN EN Větrací vzduch Vsui…množství přiváděného vzduchu (m3/h) (stanoví projektant VZD) fvi…teplotní redukční činitel θsu,i…teplota přiváděného vzduchu (např. předehřátého, nebo ze ZZT)

33 Vmech,inf … bilance množství vzduchu pro celou budovu
:45-9:30 Kurz TZB Metrostav - CVUT ČSN EN Větrací vzduch Vmech,inf … bilance množství vzduchu pro celou budovu (odváděný – přiváděný vzduch) Pro místnosti rozdělení dle průvzdušnosti nebo dle objemů: Vmech inf..například u bytových domů obvykle nepřivádíme vzduch. prof.Kabele

34 ČSN EN 12831 Přerušované vytápění
Podrobný výpočet Zjednodušený výpočet ΦRH…zátopový tepelný výkon (W) A…podlahová plocha (m2) fRH…zátopový korekční činitel (W/m2) NE pro akumulační vytápění.

35 ČSN EN 12831 Přerušované vytápění
:45-9:30 Kurz TZB Metrostav - CVUT ČSN EN Přerušované vytápění Zátopový čas (h) fRH W/m2 Pokles teploty (K) 1 K 2 K 3 K Hm. vysoká 1 11 22 45 2 6 3 4 9 16 7 13 Zátopový činitel fRH pro obytné budovy s nočním teplotním útlumem nejvýše 8 h. Norma obsahuje ještě tabulku pro nebytové domy s útlumem max. 12h. Obytné budovy - útlum < 8h prof.Kabele

36 ČSN EN 12831 Návrhový tepelný výkon
Pro vytápěný prostor: HL,i = T,i + V,i + RH,i (W) Pro budovu nebo část budovy: HL =  T,i +  V,i +  RH,i (W) T,i …návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i …návrhová tepelná ztráta větráním (* pro budovu redukováno maximum) RH,i …zátopový tepelný výkon při přerušovaném vytápění

37 ČSN EN 12831 Ztráta větráním pro celou budovu
pro přirozené větrání: pro nucené větrání s větrací soustavou: ηv …účinnost zařízení ZZT Pro návrh zdroje 24h průměr.

38 ČSN EN 12831 Zjednodušený výpočet
Předpoklady: Obytné budovy n50 < 3 h-1 Použití vnějších rozměrů Celková tepelná ztráta: fΔθ …teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty (24°C)

39 ČSN EN 12831 Zjednodušený výpočet
Ztráta prostupem tepla Ztráta větráním Celkový tepelný výkon HL =  T,i +  V,i +  RH,i (W)

40 ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech
Vysoké a rozlehlé prostory Prostory s výškou > 5m…uvažuje se teplotní vertikální gradient → zvýšení tepelných ztrát střechou. Budovy ≤ 60 W/m2 → Celková tepelná ztráta upravena výškovým korekčním činitelem fh,i. Závisí na způsobu vytápění (sálavé, konvekční) a výšce vytápěných prostor.

41 ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech
fh,i …výškový korekční činitel

42 ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech
Budovy s výrazně odlišnou teplotou vzduchu a střední teplotou sálání Pokud chyba tep. ztráty větráním > 5% → ztráta prostupem z výsledné teploty θo → ztráta větráním z teploty vnitřního vzduchu θint

43 ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech
Střední teplota sálání θr a vnitřní výpočtová teplota θint se odchylují >1,5 K → ztráta větráním pro teplotu vzduchu θa Průmysl - proudění vzduchu > 0,2 m/s θo…výsledná teplota

44 Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210
Souhrn vytápěných místností Vzorový dům polovina rodinného dvojdomu přízemí, podzemní podlaží společná západní stěna přízemí 0,5 m nad terénem Klimatická data

45 Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210
Základní konstrukce Schéma půdorysu přízemí obvodová zeď Uk = 0,433 Wm2.K výplně otvorů Uk = 2,1 Wm2.K vnitřní příčky Uk = 2,011 Wm2.K vnitřní nosná zeď Uk = 0,742 Wm2.K podlaha Uk = 0,48 Wm2.K strop Uk = 0,469 Wm2.K

46 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210
Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN Schéma řezu Základní konstrukce strop Uk = 0,469 Wm2.K podlaha Uk = 0,48 Wm2.K sklepní stěna do zeminy Uk = 0,606 Wm2.K do vzduchu Uk = 0,725 Wm2.K podlaha suterénu Uk = 0,457 Wm2.K

47 Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210
Porovnání tepelných ztrát podle ČSN a ČSN

48 Děkuji za pozornost.